Zitronensäurezyklus • ß-Faltblatt • Phospholipide? ... das erklär’ mir mal einer!
Die Biochemie ist aus den Naturwissenschaften nicht mehr wegzudenken. Egal ob in der Medizin, der Biologie, der Lebensmittel- oder Biotechnologie – in allen naturwissenschaftlichen Fächern sind biochemische Kenntnisse erforderlich. Neue Methoden und neue Erkenntnisse vermehren das Wissen permanent.
Dieses Kurzlehrbuch fasst den aktuellen Stand der Wissenschaft in den wichtigsten Bereichen zusammen, erklärt Zusammenhänge allgemein verständlich und liefert Antworten auf die Frage nach dem „Warum". Neben übersichtlichen Strukturformeln und Reaktionsgleichungen verdeutlichen Infografiken komplizierte Sachverhalte.
Es richtet sich in erster Linie an Studierende der Biowissenschaften und kann gerade in den ersten Semestern ein hilfreicher Begleiter sein. Auch Schüler mit Leistungskurs Biologie oder Chemie werden dieses Buch zu schätzen wissen.
Mit den Molekülen des Lebens jonglieren lernen!
Aus dem Inhalt
Physikalische und chemische Grundlagen / Nukleotide – Enzyme – Hormone / Kohlenhydrate – Lipide – Proteine / Stoffwechsel und Immunsystem / Molekulare Genetik / Labortechniken (DNA-Sequenzierung, Mikroarrays, Gentests u.v.m.)
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Vorwort V
1 Physikalische und chemische Grundlagen 1
1.1 Reaktionskinetik 1
1.2 Reaktionsgeschwindigkeit 1
1.3 Reaktionsordnung 2
1.4 Energie 3
1.4.1 Reaktionsenergie 3
1.4.2 Enthalpie 3
1.4.3 Reaktionsenthalpie 3
1.5 Entropie 3
1.6 Gibbs'sche freie Enthalpie 4
1.7 Chemisches Gleichgewicht 4
1.8 Fließgleichgewicht 5
1.9 Energetische Kopplung 6
1.10 Wasser und wässrige Lösungen 6
1.10.1 Physikalische und chemische Eigenschaften von Wasser 6
1.10.2 Wasser als Lösungsmittel 7
1.11 Oer pH-Wert 8
1.12 Puffer 9
1.12.1 Henderson-Hasselbalch-Gleichung 11
1.13 Funktionelle Gruppen und Verbindungstypen in Biomolekülen 11
1.14 Reaktionstypen in Stoffwechselreaktionen 12
1.14.1 Redoxreaktionen 12
1.14.2 Addition 14
1.14.3 Isomerisierung 16
1.14.4 Phosphorylierung 17
2 Proteine 18
2.1 Aminosäuren 18
2.1.1 Struktur von Aminosäuren 19
2.1.2 Eigenschaften von Aminosäuren 19
2.1.3 Ladungszustände von Aminosäuren 22
2.1.4 Optische Aktivität von Aminosäuren 24
2.2 Peptidbindung 24
2.3 Struktur von Proteinen 26
2.3.1 Primärstruktur 26
2.3.2 Sekundärstruktur 26
2.3.3 Tertiärstruktur 28
2.3.4 Quartärstruktur 29
2.4 Die Funktion von Proteinen 29
2.4.1 Enzymatische Katalyse 30
2.4.2 Abwehrmechanismen 30
2.4.3 Regulatorische Prozesse 30
2.4.4 Speicherung 30
2.4.5 Stütz- und Strukturfunktionen 30
2.4.6 Bewegung 31
2.4.7 Transport 34
2.5 Enzyme 39
2.5.1 Mechanismen der enzymatischen Katalyse 44
2.5.2 Kontrolle der enzymatischen Katalyse 44
2.6 Enzymtechnologie 50
2.6.1 Analyse von Proteinen 50
2.6.2 Gelelektrophorese 51
2.6.3 Qualitativer und quantitativer Nachweis von Proteinen 54
2.6.4 Reinigung und Isolierung 56
2.6.5 Chromatographie 58
2.6.6 Bestimmung der Aminosäuresequenz 61
2.6.7 Peptidsynthese (Merrifield-Synthese) 62
3 Kohlenhydrate 64
3.1 Chemie und Struktur 64
3.2 Monosaccharide 65
3.2.1 Halbacetale und Halbketale 67
3.3 Glykosidische Bindungen 69
3.4 Disaccharide 70
3.5 Polysaccharide 71
3.5.1 Cellulose, Chitin 71
3.5.2 Glykogen, Stärke, Dextrane 72
3.5.3 Glykosaminoglykane 73
3.6 Oligosaccharide 74
3.6.1 Glykoproteine und Glykolipide 74
3.7 Nachweis von Kohlenhydraten 75
4 Lipide 77
4.1 Fettsäuren 77
4.1.1 Nomenklatur der Fettsäuren 78
4.2 Hydrolysierbare Lipide 80
4.3 Nicht hydrolysierbare Lipide 80
4.4 Fette und Öle 80
4.5 Phospholipide und Glykolipide 82
4.6 Terpene 85
4.7 Steroide 86
4.7.1 Cholesterin 86
4.7.2 Steroidhormone 88
4.7.3 Gallensäuren 89
5 Nukleotide 91
5.1 Struktur von Nukleotiden 91
5.2 Nukleinsäuren 93
5.2.1 DNA 93
5.2.2 RNA 98
6 Stoffwechsel 101
6.1 Photosynthese 101
6.1.1 Lichtreaktion 101
6.1.2 Dunkelreaktionen (Calvin-Zyklus) 105
6.1.3 Photorespiration (Photoatmung) 108
6.1.4 C4-Dicarbonsäureweg 109
6.2 Kohlenhydrat-Stoffwechsel 109
6.2.1 Glykolyse 109
6.2.2 Glykogen-Stoffwechsel 113
6.2.3 Diabetes mellitus 116
6.2.4 Abbau von Stärke 118
6.2.5 Fructose-l-phosphat-Weg 119
6.2.6 Abbau von Galactose 120
6.2.7 Gluconeogenese 120
6.2.8 Pentosephosphatweg 124
6.3 Citratzyklus 124
6.3.1 Oxidative Decarboxylierung von Pyruvat 126
6.3.2 Reaktionen des Citratzyklus 127
6.3.3 Regulation des Citratzyklus 128
6.3.4 Glyoxylatzyklus 129
6.4 Atmungskette 130
6.4.1 Energiebilanz der Atmungskette 135
6.4.2 Regulation der oxidativen Phosphorylierung 136
6.5 Gärung 136
6.5.1 Milchsäuregärung 136
6.5.2 Alkoholische Gärung 137
6.6 Lipid-Stoffwechsel 137
6.6.1 Fettsäuresynthese 137
6.6.2 Fettsäureabbau (ß-Oxidation) 142
6.7 Nukleotid-Stoffwechsel 146
6.7.1 De-novo-Synthese der Purinribonukleotide 146
6.7.2 Synthese der Pyrimidinribonukleotide 151
6.7.3 Synthese der Desoxyribonukleotide 153
6.7.4 Synthese von NAD+ 157
6.7.5 Synthese von FAD 158
6.7.6 Synthese von Coenzym A 158
6.7.7 Abbau von Nukleinsäuren, Purinen und Pyrimidinen 158
6.8 Aminosäureabbau 164
6.9 Harnstoffzyklus 169
7 Molekulare Genetik 170
7.1 DNA-Träger der genetischen Information 170
7.1.1 Übertragung genetischen Materials durch Transformation 170
7.1.2 Übertragung genetischen Materials durch Transduktion 170
7.1.3 Vermehrung von Phagen 171
7.2 Aufbau der DNA 174
7.2.1 DNA-Doppelhelix 175
7.3 Der genetische Code 185
7.4 Proteinbiosynthese 188
7.4.1 Transkription der DNA in mRNA 188
7.4.2 Translation der mRNA in Protein 191
7.4.3 Termination 196
7.5 Bakterien- und Phagengenetik 196
7.5.1 Organisation des Genoms von Escherichia coli 196
7.6 Genom und Gene 202
7.6.1 Introns und Exons 202
7.6.2 Kontrolle der Gen-Expression 204
7.7 Gentechnische Methoden 208
7.7.1 DNA-Klonierung 208
7.7.2 Genklonierung 213
7.7.3 Polymerasekettenreaktion 215
7.7.4 Restriktionskartierung 218
7.7.5 DNA-Sequenzierung (nach Maxam und Gilbert) 222
7.7.6 DNA-Sequenzierung (nach Sanger) 223
8. Immunsystem 227
8.1 Angeborene Immunität 227
8.1.1 Komplementsystem 227
8.1.2 Opsonierung 228
8.2 Erworbene Immunität 228
8.2.1 Antigene 229
8.3 Zellen des Immunsystems 229
8.3.1 B-Lymphozyten 231
8.3.2 T-Lymphozyten 240
8.4 MHC-Moleküle 245
8.4.1 MHC-I-Moleküle 245
8.4.2 MHC-II-Moleküle 246
8.4.3 Gene des MHC 246
8.5 Zytokine 247
9 Hormone 249
9.1 Mechanismen der Hormonwirkung 251
9.2 Signalübertragung der Hormonwirkung 251
9.2.1 Wirkungsmechanismen hydrophiler Hormone 253
9.3 Regulation hormoneller Aktivität 260
9.3.1 Hypothalamus-Hypophysen-System der Wirbeltiere 260
Abkürzungen 262
Sachregister 264